植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究(完整版)实用资料.doc

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1、植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）包装学报PackagingJournal Vol.3No.1Jan.2021第3卷第1期2021年1月植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究曾广胜,徐成,林瑞珍,许超,江太君,刘跃军(湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室,先进包装材料与技术湖南省普通高校重点实验室,湖南株洲412007摘要:以聚丙烯(PP、废瓦楞纸板制取的植物纤维为原料,采用马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂为界面相容剂,研究了植物纤维增强PP 复合材料的力学性能。结果表明:未添加界面相容

2、剂时,随着植物纤维用量的增加,复合材料冲击强度急剧下降,弯曲强度和拉伸强度上升;添加界面相容剂MAH-g-PP 后,当植物纤维的质量分数为30%时,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均达到最大值;在MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂三者中,MAH-g-PP 改善植物纤维与PP 之间的界面相容性效果最佳;当MAH-g-PP 添加质量为植物纤维添加质量的10%时,复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度及综合性能最佳。关键词:木塑复合材料;PP;植物纤维;力学性能;相容剂中图分类号:TB332文献标志码:A文章编号:1674-7100(202101-0044-04ExplorationofMech

3、anicalPerformancesofFiberReinforcedPPCompositesZengGuangsheng,XuCheng,LinRuizhen,XuChao,JiangTaijun,LiuYuejun(KeyLaboratoryofNewMaterialsandTechnologyforPackaging,KeyLaboratoryofAdvancedMaterialsandTechnologyforPackagingofHunanCollegesandUniversities,HunanUniversityofTechnology,ZhuzhouHunan412007,Ch

4、inaAbstract :PPandrecycledcorrugatedpaperboardastherawmaterialandMAH-g-PP,aluminumesterandaluminum-titaniumcompoundcouplingagentwereusedtoinvestigatethemechanicalperformanceoffiberreinforcedPPcomposites.The resultsshowthat:thetensilestrengthincreaseswhiletheimpactstrengthdecreaseswiththeloadingoffib

5、erwithoutsolubilizer;boththebendingandtensilestrengthreachesthehighestpointwhentheMAH-g-PPloadingstaysat30wt%;amongthethree mentionedcouplingagents,MAH-g-PPissuperiortomodifytheinterface;theimpactstrength,tensilestrengthandbending strengthobtainanoptimizedvaluewhentheMAH-g-PPcontentis10%tofiberfille

6、d.Keywords :wood-plasticcomposite;polypropylene;fiber;mechanicalproperties;compatibility收稿日期:2021-08-31基金项目:国家自然科学基金资助项目(10972076,10672197,湖南省杰出青年基金资助项目(07JJ1001,湖南省自然科学基金资助项目(09JJ6083,湖南省教育厅基金资助项目(09C317,09C318,湖南省高校科技成果产业化培育基金资助项目(09CY0160前言木塑复合材料价格低廉,性能优良,使用方便,可锯、刨、钉,既保留了木材在加工性能方面的优势,又克服了木材不耐用怕虫蛀

7、的缺点。因此,木塑复合材料可以替代外运货物时常用的木制包装材料和铺垫材料,也可用于化工行业的耐腐工棚、装饰板、地板、通道、台架,及铸造模型、机器罩、水泵壳、电器用材等1。然而植物纤维性能与树脂基体表面性能不同,因此两者复合时界面黏接的效果较差,从而导致复合材第1期45料的力学性能降低。为解决这一问题,前人做了较多研究2-6,如Nenkova等人在含10%体积分数的马来酸酐的丙酮溶液中,采用过氧化二苯甲酰(b e n z o y l peroxide,BPO和过氧化二异丙苯(dicumylperoxide, DCP引发马来酸酐对植物纤维进行表面改性,增加了界面的黏合力,所制得的聚乙烯(polyp

8、ropylene,PP基木塑复合材料的力学性能有了较大的提高2;Demir 等人分别采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyl triethoxysilane,AS、3-(三甲氧基甲硅烷基-1-丙硫醇(3-mercaptopropyltrimethoxysilane,MS和马来酸酐接枝聚丙烯(maleicanhydridegraftedpolypropylene, PP-g-MAH作为PP/丝瓜纤维复合材料的界面改性剂,改善了聚合物与丝瓜纤维复合材料的相容性,提高了其力学性能和抗吸湿性能3。木塑复合材料的应用越来越广泛,在确保材料优良性能的同时降低材料的成本是这方面的研究热点。植

9、物纤维含量越高,成本越低,但纤维与基体树脂界面间的弱结合力使得复合材料的力学性能下降,相容剂可有效改善两者间的界面结合力,提高材料的性能。本文以PP、废瓦楞纸板制取的植物纤维为原料,采用MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂为界面相容剂,研究了植物纤维填充量、相容剂种类及用量对植物纤维增强PP复合材料的力学性能影响。1实验部分1.1实验原材料PP:T30S,中国石化;MAH-g-PP:南京德巴化工;铝酸酯偶联剂:辽化集团;铝钛偶联剂:佛山市南海柏晨高分子新材料;抗氧剂1010:深圳市龙岗区平湖多彩化工;润滑剂、硬脂酸(工业级:宁波万盟新材料科技。1.2仪器及设备双螺杆挤出机:CTE-35科

10、倍隆科亚(南京机械;注射成型机:HTF90W1,宁波海天股份;电子万能拉力机:CMT-6000型,深圳三思计量;冲击试验机:XJJ-50J,承德大华试样机。1.3复合材料的制备1将从废品回收站购买的废瓦楞纸板于水中浸泡30h后在粉碎机中粉碎,再于110电热恒温鼓风干燥箱中干燥48h,冷却后即得所需植物纤维。2将冷却后的植物纤维、PP树脂、相容剂及各种助剂在高速混合机中共混15min,然后在双螺杆挤出机上于170195条件下挤出造粒。3将粒料干燥24h后注塑成型制得试验用样条。1.4性能测试按国家标准测试所得样条的力学性能:拉伸强度按GB/T10401992进行;悬臂梁缺口冲击强度按GB/ T1

11、8431996进行;弯曲强度按GB/T93412000进行。2结果与讨论实验中固定抗氧剂1010的添加质量为PP添加质量的0.5%,润滑剂的添加质量为PP添加质量的2%。2.1植物纤维添加质量分数对P P木塑复合材料力学性能的影响植物纤维添加质量分数对P P木塑复合材料的拉伸强度、抗弯弹性模量、弯曲强度、冲击强度等力学性能的影响见图1。 a拉伸强度 b抗弯弹性模量c弯曲强度曾广胜,等植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究包装学报462021年由图1中ac图可知,随着植物纤维添加质量分数的增加,复合材料的拉伸强度、抗弯弹性模量、弯曲强度均呈先上升后下降的趋势。当植物纤维添加质量分数约为30%时

12、,复合材料的各性能强度均达最大值,相对于纯PP,其拉伸强度提高了33.8%,抗弯弹性模量提高了168.6%,弯曲强度提高了29.5%。当植物纤维添加质量分数超过30%后,复合材料的各性能强度逐渐降低。这是因为:植物纤维作为增强填料,有一定的长径比和较高的比强度,当其含量在一定的范围内时,填料能对复合材料的性能起增强作用。当纤维含量达到一定程度(添加质量分数为30%时,植物纤维在PP基体中能形成连续相,聚丙烯分布于植物纤维的微纤维表面空隙中,成为植物纤维间的黏合剂。此时,基体中的植物纤维含量较多,会使得植物纤维间出现相互接触、交叉、甚至缠绕的情形,从而使得其力学性能提高。但由于植物纤维与树脂间界

13、面结合较差,同时随着植物纤维含量的进一步增大,植物纤维的分散性变差,凝聚现象加剧,易产生应力缺陷,从而使得复合材料的力学性能下降。由图1中d图可知,植物纤维的加入使得木塑复合材料的冲击强度降低,相对于纯PP,其冲击强度下降了18.9kJ/m2。这是因为植物纤维的韧性较差,加入植物纤维后使得复合材料的冲击强度降低。同时纤维含量的增加使植物纤维的凝聚现象加剧,植物纤维颗粒的应力集中及产生缺陷几率增大,从而使得体系的冲击强度降低。2.2相容剂种类对PP木塑复合材料力学性能的影响本实验主要考虑MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂3种相容剂对植物纤维增强PP复合材料力学性能的影响,且实验中固定3种

14、相容剂的添加质量均为植物纤维添加质量的5%,所得结果见图24。从图2和3可看出,添加等质量的MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂3种相容剂,均使得复合材料的拉伸强度、弯曲强度在植物纤维添加质量分数为30%左右时达最高值,其中MAH-g-PP处理的效果最好,铝钛偶联剂次之。由图4可看出,经相容剂处理后的复合材料的冲d冲击强度图1植物纤维添加质量分数对复合材料力学性能的影响Fig.1Effectoffibercontentsonmechanical properticsofcomposites 图2不同相容剂对复合材料拉伸强度的影响Fig.2Effectofcompatibilitieson

15、compositestensilestrength图3不同相容剂对复合材料弯曲强度的影响Fig.3Effectofcompatibilitiesoncomposites bulkingstrength图4不同相容剂对冲击强度的影响Fig.4Effectofcompatibilitiesoncomposites impactstrength第1期47击强度均随植物纤维添加质量分数的增大而降低,其中经铝钛偶联剂处理后的复合材料的冲击强度最佳,经MAH-g-PP 处理后的复合材料的冲击强度较差。这是因为与铝酸酯和铝钛偶联剂相比,MAH-g-PP 分子链上接枝的酸酐基团与植物纤维表面层纤维素上的羟基在

16、受热时更易生成酯键,从而使两者通过化学键结合,加之MAH-g-PP 与PP 基体有良好的相容性,通过其与PP 分子的缠结作用使植物纤维与基体PP 有着很强的结合力,从而使经MAH-g-PP处理的植物纤维填充PP 有更好的拉伸强度和弯曲强度。但因MAH-g-PP 本身质脆,且与铝酸酯、铝钛偶联剂相比其分子链变形能力差,受冲击时吸收的冲击功小,所以其冲击性能较差。2.3相容剂添加质量分数对P P 木塑复合材料力学性能的影响本实验中固定植物纤维的添加质量分数为30%,改变纤维中MAH-g-PP 的添加质量分数,考查其对复合材料力学性能方面的影响,结果如图5所示。 由图5可知,在一定用量范围内,MAH

17、-g-PP 对植物纤维填充PP 有明显的增容作用。在纤维中MAH-g-PP 的添加质量分数达10%之前,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度均随MAH-g-PP 添加质量分数的增加而增大,之后复合材料的各性能强度均有所降低,在MAH-g-PP 添加质量分数为植物纤维的10%时,复合材料的各项性能强度最高。这是因为相容剂用量的增加,在植物纤维与PP 间起增容作用的接枝物也相应增加,因而当植物纤维填充量相同时提高了植物纤维与PP 的相容性;但用量超过一定范围后,复合材料中未起增容作用的接枝物逐渐增多,在塑料基体和植物纤维间形成多分子层,造成纤维和树脂界面结构不均匀,反而消弱了两者的相容性,从而使

18、得复合材料的力学性能降低。3结论1未添加相容剂时,植物纤维添加量对木塑复合材料的力学性能影响很大,当其添加质量分数为30%时,木塑复合材料的抗拉强度和抗弯强度均达到最大值,而冲击强度随着植物纤维的加入明显下降。2MAH-g-PP 对植物纤维增强PP 复合材料增容作用较铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂好。3MAH-g-PP 用量对复合材料力学性能有较大影响,当其添加质量分数为植物纤维的10%时,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度均达最大值。参考文献:1鲁礼娟.我国木塑复合材料的生产现状及发展趋势J.木材加工机械,2021,40(6:40-41.LuLijuan.TheCurrentProductio

19、nStatusandDevelopment TrendofWoodPolymerCompositesinChinaJ.Wood ProcessingMachinery,2021,40(6:40-41.2NenkovaS,DobrilovaC,NatovM,etal.Modificationof WoodFlourwithMaleicAnhydrideforManufactureofWood-PolymerCompositesJ.PolymerandPolymerComposites,2006,14(2:185-194.3DemirH,AtiklerU,BalkoseD,etal.TheEffe

20、ctofFiber SurfaceTreatmentsontheTensileandWaterSorption PropertiesofPolypropylene-FluffFiberCompositesJ.CompositesPartA:AppliedScienceandManufacturing,2006,37(3:447-456.4庄乃银,丁建生.提高聚丙烯基木塑复合材料性能的研究J.现代塑料加工应用,2004,16(2:13-14.ZhuangNaiyin,DingJiansheng.StudyonImprovementof PerformanceofWPCBasedonPPJ.Mod

21、ernPlastics ProcessingandApplications,2004,16(2:13-14.5薛盘芳.PP/木质纤维复合材料的制备及其性能研究D.南京:南京农业大学,2021.XuePanfang.StudyonthePreparationandPropertiesofPP CompositesFilledwithLignocellulosesD.Nanjing:NanjingUniversityofAgriculture,2021.6秦特夫.木粉加入量对木塑复合材料性能影响的研究J.木材工业,2002,16(5:17-18.QinTefu.EffectofWoodPowder

22、ContentonPropertiesof WoodPowder-PolypropyleneCompositesJ.ChinaWood Industry,2002,16(5:17-18.QinTefu.TheApproachtoImprovingtheInterface CompatibilitybetweenWoodandSyntheticPolymersEB/OL.2021-07-29. :/ woodscience /thread.cfm?Thread=1900.(责任编辑:廖友媛图5MAH -g -PP 的添加质量分数对复合材料性能的影响Fig.5EffectofMAH-g-PPloa

23、dingoncompositesstrength曾广胜,等植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究 :/ paper.edu 聚氯乙烯/霞石复合材料的结构流变学及力学性能吴德峰*,赵洪卫,吴兰峰,张明(扬州大学化学化工学院,江苏,扬州,225002王景清(江苏琼花集团,江苏,扬州,225111摘要:采用熔融共混制备了聚氯乙烯/霞石复合材料(PVC/NE,并对其形态、结构流变学和力学性能进行了测试。小振幅振荡剪切(SAOS测试结果表明,霞石用量存在着最佳值,用量过多对复合体系介观结构的贡献不大。形态及力学性能测试结果表明,霞石均匀分散在聚氯乙烯基体中,且填充量约为50phr时,复合体系冲击强度和

24、表面硬度最佳。关键词:聚氯乙烯,霞石,复合材料,结构流变学,力学性能中图分类号:文献标识码:A 文章编号:Structural Rheology and Mechanic Properties of PolyvinylChloride/Nepheline CompositesWu De-feng, Zhao Hong-wei, Wu Lan-feng, Zhang Ming(School of Chemistry & Chemical Engineering, Yangzhou University, Jiangsu, Yangzhou, 225002,ChinaWang Jing-qing(

25、Jiangsu Qionghua Group Co. LTD, Jiangsu, Yangzhou, 225111, ChinaAbstract: Polyvinyl Chloride/Nepheline composites (PVC/NE were prepared by melt mixing. The morphology and structural rheology as well as mechanic properties of PVC/NE were investigated. The results from small amplitude oscillatory shea

26、r (SAOS measurements show that the nepheline loadings present a best value and, the excessive addition of nepheline has few contributions to the mescoscopic structure of composites. The results from morphology and 收稿日期:*江苏省物理化学重点学科开放基金作者简介:吴德峰,江苏扬州人,1974年生,工学博士,副教授,主要从事聚合物复合材料的功能化,多相多组分复杂体系流变学等方向,05

27、14-*-9115,dfwuyzu.edu mechanic properties characterization show that the nepheline is well dispersed in PVC matrix. The impact strength and surface hardness of those PVC/NE composites with nepheline loadings of about 50phr are best.Keywords: PVC; Nepheline; Composites; Structural rheology; Mechanic

28、properties聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC是最早工业化的塑料品种之一,也是产量较大的一种通用塑料,但其存在着热稳定性欠佳、抗冲性能较差等缺点,因此,对于PVC的改性研究一直非常活跃。其中,PVC的增韧是其改性工作的一个重要方向。研究者们通常采用弹性体或聚烯烃与PVC共混来提高复合材料的冲击性能,但弹性体的引入往往又会导致材料加工性能的下降。因此采用刚性粒子如纳米CaCO3、纳米SiO2、硅灰石、凹凸棒、水滑石等对PVC进行填充改性成为提高PVC复合材料综合性能的又一途径之一。1霞石(Nepheline,NE又称为霞石正长岩(Nepheline Syenite。其

29、主要成分是硅铝酸钾钠。在国外,霞石已广泛用于陶瓷材料、塑料和涂料填料,尤其是作为塑料与涂料的填充改性材料,由于其良好的物理力学性能、光学性能及卫生性而受到广泛的重视。2与其他刚性粒子相比,采用霞石改性PVC的研究工作相对较少,且研究重点主要集中在PVC/霞石复合材料(PVC/NE的力学性能上。3本文则主要研究PVC/NE复合体系的结构流变学,目的在于找出流变行为与其内部介观结构和宏观力学性能间的相互联系,相关研究未见文献报道。1. 实验部分1.1 实验原料PVC:贵州遵义碱厂(型号SG5;霞石粉:嘉晋工业矿产(江阴;助剂:工业级硫酸铅,硅烷偶联剂YDH-560。1.2 实验设备转矩流变仪:HA

30、AKE polylab型,Thermo Electron公司,美国;液压成型机:YJ-450型,余姚市华城液压机电,中国;平板硫化仪:DRO-110E型,无锡蠡园化工电子设备厂,中国;扫描电镜(SEM:XL30-ESEM型,荷兰Philips 公司;旋转流变仪:RS600型,Thermo Electron公司,美国;微机控制电子万能试验机:(WDW_5,上海华龙测试仪器厂,中国;悬臂梁冲击试验机:江都试验机械厂,中国;电动塑料洛氏硬度计:XHRD-150型,中国。1.3 PVC/NE复合材料的制备称取一定量的霞石粉用偶联剂YDH-560表面处理后,按一定比例与PVC 及其助剂混合均匀,置于转矩

31、流变仪中在150,转子转速50rpm/min 下共混8min 即得PVC/NE 复合材料。物料随后在160,15Mpa 下模压成型,以备测试。复合材料的质量组成及代号见表1。表1 PVC/NE 复合材料的质量组成及代号Table 1 Abbreviation of the PVC/NE composites with various compositionsPVC/NE blend PVCNE10NE30NE50NE70NE90PVC100100 100 100 100 100NE0 10 30 50 70 901.4 性能测试扫描电子显微镜(SEM :将试样液氮冷冻脆断,断面喷金后在SEM

32、下观察表面形态,加速电压20kV 。流变行为测量:将样片置于20mm 平行板夹具中,升温至预设温度熔融,停留5min 以消除热历史;然后分别进行动态和稳态扫描。(a 动态应力扫描:频率1Hz ,应力扫描范围0.01-100Pa ;(b 动态频率扫描:扫描范围0.01-100Hz ,固定应力50Pa 进行小振幅振荡剪切(SAOS 。力学性能测试:拉伸性能按GB/T1040-1993测试;U 型缺口冲击强度按GB/T1043-1992测试。2. 结果与讨论2.1 PVC/NE 复合材料相形态图1为PVC 和NE50试样断面的SEM 照片。可以看出,纯PVC 试样断面光滑,且应力条纹清晰规则,表现出

33、脆性断裂的典型特征(见图1(a ;而填加了50质量份的霞石后,试样断面高低起伏,应力条纹紊乱,如图1(b 所示,说明霞石的加入在一定程度上增加了复合体系的韧性。 图1 (a PVC 和(b NE50试样断面的SEM 照片,标尺100mFig 1 SEM photographs of (a PVC and (b NE50 samples at the magnitude of 200a b从图2(a 可以明显看出填入的霞石直径大小约2-3m ,且由于其表面的硅烷偶联剂与PVC 基体有较好的亲和力从而使两相具有较好的界面粘结;此外,由图2(b 可见,即便在填充了90phr 的霞石后,霞石在PVC

34、基体中分散依然比较均匀。 图2 (a NE10和(b NE90试样断面的SEM 照片 Fig 2 SEM photographs of (a NE10 and (b NE90 samples2.2 PVC/NE 复合材料结构流变学一般而言,聚合物复合材料在熔融加工过程中的流动与变形会强烈影响材料最终的结构和性能。迄今为止,针对单一聚合物材料流变行为的研究已经有了大量的成果。4,5 然而,对于刚性粒子填充的聚合物复合材料其结构流变学的研究则相对较少。 G (P a Stress (PaV is c o s it y(P a .s Stress (Pa图3 动态应力扫描中PVC/NE复合体系(a

35、动态弹性模量和(b 动态复数粘度随应力的变化Fig 3 The dependence of (a dynamic storage modulus and (b complex viscosity on the stress forthe PVC/NE composites图3为PVC/NE 复合体系动态应力扫描结果。可以看出,在测试的应力范围内,霞石的填入不影响PVC 基体的线形粘弹范围,表明复合体系内部介观结构对施加的剪切变性并不敏感,从而仍然表现出典型的牛顿流动。这是由于PVC 基体本身就是一个高凝胶化体系所致。因此,接下来的小振幅振荡剪切(SAOS 的测试选取的应力为50Pa 。此外,复

36、合体a b系无论是动态弹性模量还是复数粘度都随霞石含量的增加而逐渐上升,显然,高模量的霞石起着增强的作用。图4给出了PVC/NE 复合体系动态频率扫描结果。显然,与图3结果相一致,随霞石含量增加,复合体系的弹性模量和复数粘度都逐渐上升。值得注意的是,即便是PVC 空白样,其低频区弹性模量的频率依赖性都非常弱,远远偏离了Cox-Merz 法则,说明PVC 基体本身就是一个非均相体系,凝胶化程度较高,这使其在低频区的流动表现出典型的非线性流动的特点,从而使粘度即使在低频范围内也没有牛顿平台,如图4(b 所示。随霞石的填入,复合体系低频区模量的斜率没有明显改变,这至少说明两点:(1霞石组分对PVC

37、凝胶化程度影响不大;(2高含量的霞石组分一旦形成逾渗网络结构,其对体系的粘弹性贡献也不如PVC 基体凝胶网络的贡献显著。 103104105106107108G (P a frequency (Hz101010101010v i s c o s i t y (P a .s frequency (Hz图4 动态频率扫描中PVC/NE 复合体系(a 动态弹性模量和(b 动态复数粘度随频率的变化Fig 4 The dependence of (a dynamic storage modulus and (b complex viscosity on the frequencyfor the PVC/

38、NE composites那么,霞石的用量对复合体系粘弹性的贡献究竟如何呢?图5显示了霞石含量对复合体系能够反映结构松弛信息的低频模量的影响。显然,随霞石含量增加,模量迅速上升,但逐渐趋于平缓。这意味着霞石用量存在着最佳值,而一旦当霞石用量过多,则对复合体系的介观结构贡献不大甚至会在一定程度上破坏结构的完善性,从而就有可能影响到复合材料的宏观性能。6,7 为了进一步证明从结构流变学中得到的结论,接下来的实验对PVC/NE 复合体系的力学性能进行了测试。 :/ paper.edu 10 7 G0.1Hz (Pa 10 6 10 5 0 20 40 60 80 100 NE (phr 图 5 PV

39、C/NE 复合体系 0.1Hz 下的动态弹性模量随霞石含量变化图 Figure 5 The curves of dynamic storage modulus at 0.01Hz as a function of nepheline loadings for the PVC/NE composites 2.3 PVC/NE 复合材料力学性能 图 6 为霞石含量对 PVC/NE 复合体系洛氏硬度的影响。 可以看出， 随着霞石的加入，PVC 的表面硬度明显提高，但是随着填加量的越来越大，表面硬度的增加幅度变小。一方面由于 霞石颗粒与聚合物紧密结合， 导致聚合物间自由体积降低； 同时霞石本身的高硬度

40、使其具有 较强的抗形变能力，从而使复合体系表面硬度增加。随其含量增高，体系表面粒子增多，体 系硬度不断提高。而当表面粒子达到饱和时，硬度则不再明显提升，基本保持不变。8 因 此，霞石用量为 40-50phr 是合适的，过多对 PVC/NE 复合体系洛氏硬度的贡献不大。 100 90 HRM 80 70 60 0 20 40 60 80 100 NE (phr 图 6 PVC/NE 复合体系洛氏硬度随霞石含量变化图 Fig 6 The curves of Rockwell hardness as a function of nepheline loadings for the PVC/NE co

41、mposites 图 7 则给出了霞石含量对 PVC/NE 复合体系冲击强度的影响。可以看出，当霞石填加 10-50phr 时，复合体系抗冲性能有所提高，这已在 SEM 测试结果中得以证明。而霞石用量 6 :/ paper.edu 超过 50phr 时，体系的抗冲性能呈降低趋势。当霞石含量较低时，吸收能量的主要是界面变 形与材料的断裂，应力传递只沿受力平面方向进行，此时抗冲击强度不大；当含量进一步提 高时，材料与填料的界面发生形变， 使应力在三维方向传递，扩大受力面积，同时基材发 生屈服而引起塑性变形，此时抗冲击强度提高幅度最大；而当含量过高时，由于基材的受冲 击面积减少及塑性变形少，所吸收的

42、冲击能减少，此时的抗冲击强度有所下降。因此，合适 的霞石用量约为 50phr，过多反而会使 PVC/NE 复合体系冲击强度降低。显然，力学性能测 试的结果与结构流变学的分析相一致。 6 Impact strength (kJ/m 2 5 4 3 2 0 20 40 60 80 100 NE (phr 图 7 PVC/NE 复合体系冲击强度随霞石含量变化图 Fig 7 The curves of impact strength as a function of nepheline loadings for the PVC/NE composites 3. 结论 （1）对于霞石填充的 PVC 复合

43、材料，霞石组分对 PVC 凝胶化程度影响不大；即便高 含量的霞石组分形成逾渗网络结构，其对体系弹性的贡献也不如 PVC 基体凝胶网络的贡献 显著。 （2）霞石填充量约为 50phr 时， PVC/NE 复合体系冲击强度和表面硬度达到最佳值。 过多则贡献不大，甚至反而可能使性能下降。 参考文献 1 付东升，朱光明塑料科技 J2003， （3） ：60-64 2 李瑞海，盛兆碧，何贵才四川联合大学学报1999，3（6） ：47-51 3 何贵才，李瑞海，盛兆碧矿产综合利用1999， （2） ：28-30 7 :/ paper.edu 4 周持兴，俞炜聚合物加工理论北京：科学出版社，2004 5 周

44、持兴，俞炜聚合物流变学实验与应用上海：上海交通大学出版社，2003 6 Wu D F, Zhou C X, Zheng H, Mao D L, Zhang B. Polym Degrad & Stab, 2005, 87: 511 8 Wu D F, Zhou C X, Yu W, Xie F. J Polym Sci Part B Polym Phys, 2005, 43: 2807 8 胡圣飞中国塑料1999 （6） ：29 8 热处理温度对中间相沥青基碳/碳复合材料力学性能的影响Effect s of Heat Treat ment Temperat ure on MechanicalP

45、roperties of Mesop hase Pitch2basedC/C Composites刘皓,李克智,李贺军,卢锦花,翟言强(西北工业大学材料学院,西安710072 L IU Hao,L I Ke2zhi,L I He2jun,L U Jin2hua,ZHA I Yan2qiang(School of Materials Science and Engineering,Nort hwestern Polytechnical University,Xian710072,China摘要:通过三点弯曲实验,并借助XRD,SEM断口形貌分析,研究了最终热处理温度对中间相沥青基碳/碳复合材料微

46、观结构与力学性能的影响,并对其断裂机制进行了探讨。结果表明:随着最终热处理温度的升高,材料的石墨化度增大,层间距d002减小,微晶尺寸L c增大;材料未经热处理时,纤维与基体间界面结合较强,抗弯强度较高,弯曲断口较为平整,具有脆性断裂特征;随着热处理温度的升高,基体收缩,纤维与基体间界面结合减弱,抗弯强度减小,弯曲断口纤维拔出较长,材料具有韧性断裂特征。关键词:碳/碳复合材料;热处理温度;中间相沥青;力学性能中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:100124381(20070120015204Abstract:The effect s of final heat t reat ment temperat ure on t he micro struct ure,mechanical p roperties and fract ured surface image of mesop hase pitch2based2D C/C compo sites were st u